Statistical and Thermal Physics: An Introduction

فیزیک حرارتی و آماری اصول و روش‌های مورد نیاز برای درک و توضیح ویژگی‌های سیستم‌هایی را که از نظر ماکروسکوپی تعداد زیادی ذرات تشکیل شده‌اند، ایجاد کرده است. فیزیک آماری و حرارتی: مقدمه با توسعه فیزیک آماری میکروسکوپی و توصیفات ترمودینامیکی کلاسیک ماکروسکوپیک به صورت پشت سر هم، بینشی در مورد مفاهیم و روابط پایه در سطح پیشرفته کارشناسی ارائه می دهد. این ویرایش دوم در سرتاسر به‌روزرسانی می‌شود و مقدمه‌ای بسیار دقیق، عمیق و جامع درباره موضوع و ویژگی‌های تمرین‌های درون متن و همچنین مشکلات انتهای فصل ارائه می‌کند.

قسمت اول این کتاب شامل نه فصل است که سه فصل اول آن به مبانی ترمودینامیک تعادلی از جمله رابطه بنیادی می پردازد. سه فصل زیر ریز حالت‌ها را معرفی می‌کنند و به تعریف بولتزمن از آنتروپی با استفاده از رویکرد مجموعه میکروکانونی منتهی می‌شوند. در توسعه موضوع، گاز ایده آل و سیستم اسپین ایده آل به عنوان مدل هایی برای بحث معرفی شده اند. قوانین ترمودینامیک به صورت فشرده بیان شده است. سه فصل آخر در قسمت اول، پتانسیل های ترمودینامیکی و روابط ماکسول را معرفی می کند. کاربردهای ترمودینامیک برای گازها، ماده متراکم، و انتقال فاز و پدیده‌های حیاتی به تفصیل بررسی می‌شوند.

فصول اولیه در بخش دوم، عناصر نظریه احتمال را ارائه می‌کند و معادل ترمودینامیکی سه مجموعه آماری را که در تعیین احتمالات استفاده می‌شوند، تعیین می‌کند. توزیع متعارف و بزرگ متعارف به دست آمده و مورد بحث قرار می گیرد. فصل 12-15 به توزیع کوانتومی مربوط می شود. با استفاده از توزیع متعارف بزرگ، توابع توزیع کوانتومی فرمی دیراک و بوز-اینشتین مشتق شده و سپس برای توضیح خواص گازهای فرمی و بوز ایده آل استفاده می شود. توزیع پلانک برای فوتون ها در تابش و فونون های روی جامدات معرفی و اعمال می شود. پنج فصل آخر موضوعات مختلفی را شامل می شود: گاز ایده آل مورد بازبینی مجدد، سیستم های غیر ایده آل، ماتریس چگالی، واکنش ها و ترمودینامیک برگشت ناپذیر. یک فلوچارت برای کمک به مدرسان در برنامه ریزی یک دوره ارائه شده است.

ویژگی های کلیدی:

• به‌طور کامل به‌روزرسانی شده، با محتوای جدید در مورد موضوعات هیجان‌انگیز، از جمله ترمودینامیک سیاه‌چاله، زنجیره‌های ضد فرومغناطیسی هایزنبرگ، آنتروپی و نظریه اطلاعات ، منابع انرژی تجدید پذیر و تجدید ناپذیر و نظریه میدان میانگین سیستم های ضد فرومغناطیسی







• تمرین های مسئله اضافی با راه حل ها فراهم کردن فرصت های یادگیری بیشتر







• مناسب برای دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد در فیزیک یا فیزیک کاربردی.

Michael J.R. Hoch سالهای زیادی را به عنوان دانشمند مهمان در آزمایشگاه ملی میدان مغناطیسی بالا در دانشگاه ایالتی فلوریدا، ایالات متحده. پیش از این، او استاد فیزیک و مدیر واحد تحقیقات فیزیک ماده متراکم در دانشگاه ویتواترسرند، ژوهانسبورگ بود که در حال حاضر استاد بازنشسته دانشکده فیزیک است.

Thermal and statistical physics has established the principles and procedures needed to understand and explain the properties of systems consisting of macroscopically large numbers of particles. By developing microscopic statistical physics and macroscopic classical thermodynamic descriptions in tandem, Statistical and Thermal Physics: An Introduction provides insight into basic concepts and relationships at an advanced undergraduate level. This second edition is updated throughout, providing a highly detailed, profoundly thorough, and comprehensive introduction to the subject and features exercises within the text as well as end-of-chapter problems.

Part I of this book consists of nine chapters, the first three of which deal with the basics of equilibrium thermodynamics, including the fundamental relation. The following three chapters introduce microstates and lead to the Boltzmann definition of the entropy using the microcanonical ensemble approach. In developing the subject, the ideal gas and the ideal spin system are introduced as models for discussion. The laws of thermodynamics are compactly stated. The final three chapters in Part I introduce the thermodynamic potentials and the Maxwell relations. Applications of thermodynamics to gases, condensed matter, and phase transitions and critical phenomena are dealt with in detail.

Initial chapters in Part II present the elements of probability theory and establish the thermodynamic equivalence of the three statistical ensembles that are used in determining probabilities. The canonical and the grand canonical distributions are obtained and discussed. Chapters 12-15 are concerned with quantum distributions. By making use of the grand canonical distribution, the Fermi–Dirac and Bose–Einstein quantum distribution functions are derived and then used to explain the properties of ideal Fermi and Bose gases. The Planck distribution is introduced and applied to photons in radiation and to phonons on solids. The last five chapters cover a variety of topics: the ideal gas revisited, nonideal systems, the density matrix, reactions, and irreversible thermodynamics. A flowchart is provided to assist instructors on planning a course.

Key Features:

• Fully updated throughout, with new content on exciting topics, including black hole thermodynamics, Heisenberg antiferromagnetic chains, entropy and information theory, renewable and nonrenewable energy sources, and the mean field theory of antiferromagnetic systems







• Additional problem exercises with solutions provide further learning opportunities







• Suitable for advanced undergraduate students in physics or applied physics.

Michael J.R. Hoch spent many years as a visiting scientist at the National High Magnetic Field Laboratory at Florida State University, USA. Prior to this, he was a professor of physics and the director of the Condensed Matter Physics Research Unit at the University of the Witwatersrand, Johannesburg, where he is currently professor emeritus in the School of Physics.